[發(fā)明專利]色素增感太陽能電池及色素增感太陽能電池的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380015943.5
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN104185886B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廣瀨貞一;岡本俊紀(jì);松根未和;矢野亨;長田廣幸;青山洋平
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社艾迪科
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01L51/00;C07D417/14;C07D209/18
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 張楠,陳建全

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在不使用金屬絡(luò)合物色素的情況下能夠大幅地擴(kuò)大光吸收波長范圍、并能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換特性的色素增感(也稱為染料敏化)太陽能電池及色素增感太陽能電池的制造方法。

背景技術(shù)

色素增感太陽能電池是利用了身邊的材料即金屬氧化物半導(dǎo)體多孔膜的太陽能電池，與硅太陽能電池相比，一直期待其作為在不需要高價的材料和工藝的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)廉價的太陽能電池的設(shè)備而被實(shí)用化。

這樣的色素增感太陽能電池的基本原理如專利文獻(xiàn)1中公開的那樣如下所述。首先，若對色素增感太陽能電池照射光，則吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體多孔質(zhì)層表面的增感色素吸收光，色素分子內(nèi)的電子被激發(fā)，電子向半導(dǎo)體傳遞。由此，在光電極側(cè)產(chǎn)生電子，該電子經(jīng)過電路而移動至正電極中。然后，移動至正電極的電子通過電解質(zhì)層而返回到光電極中。通過重復(fù)這樣的過程，能夠產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率。

色素增感太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率受到增感色素的光吸收特性的很大影響。增感色素的吸收波長域與增感色素所具有的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，現(xiàn)狀是一直沒有得到從可見光整個區(qū)域到近紅外線區(qū)域內(nèi)光吸收效率高的增感色素。

與此相對，專利文獻(xiàn)2、3、4等中公開了通過使金屬氧化物半導(dǎo)體多孔膜中擔(dān)載光吸收特性不同的多種增感色素來提高色素增感太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的方法。

具體而言，專利文獻(xiàn)2中記載了通過在金屬氧化物半導(dǎo)體納米多孔膜中按照氧化還原電位小的順序?qū)盈B吸附氧化還原電位不同的2種以上的增感色素來提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法。

此外，專利文獻(xiàn)3中記載了通過化學(xué)吸附2種以上的增感色素并吸附 到金屬氧化物半導(dǎo)體納米多孔膜上來得到高特性的方法。

進(jìn)而，專利文獻(xiàn)4中記載了通過使金屬氧化物半導(dǎo)體納米多孔膜的表面的不同的部位吸附2種色素來提高特性的方法。

這些方法均為將金屬絡(luò)合物色素與有機(jī)色素并用而擔(dān)載的方法，但由于有機(jī)色素與金屬氧化物半導(dǎo)體多孔膜的吸附性高，所以通過以良好的控制方式擔(dān)載金屬絡(luò)合物色素與有機(jī)色素，難以擴(kuò)大光吸收波長范圍而提高光電轉(zhuǎn)換特性。此外，金屬絡(luò)合物色素大多為釕等稀有金屬的絡(luò)合物，有可能變成資源不足，而且還高價。進(jìn)而，金屬氧化物半導(dǎo)體為氧化鋅時，發(fā)生釕絡(luò)合物色素容易從氧化鋅膜中溶出等問題。因此，尋求一種在不使用金屬絡(luò)合物色素的情況下能夠擴(kuò)大光吸收波長范圍的色素增感太陽能電池。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第2664194號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利第3505414號公報

專利文獻(xiàn)3：日本專利第4574897號公報

專利文獻(xiàn)4：日本特開2009-032547號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題

本發(fā)明提供在不使用金屬絡(luò)合物色素的情況下能夠大幅地擴(kuò)大光吸收波長范圍、并能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換特性的色素增感太陽能電池及色素增感太陽能電池的制造方法。

用于解決課題的手段

本發(fā)明為一種色素增感太陽能電池(也稱為染料敏化太陽能電池)，其是具有在形成有透明導(dǎo)電層的基板的上述透明導(dǎo)電層上層疊含有金屬氧化物粒子的金屬氧化物多孔質(zhì)層、且在上述金屬氧化物多孔質(zhì)層上擔(dān)載有增感色素的光電極的色素增感太陽能電池，其中，上述增感色素含有花青系有機(jī)色素及含吲哚滿骨架的色素，上述花青系有機(jī)色素及含吲哚滿骨架的色素以多階段擔(dān)載于金屬氧化物多孔質(zhì)層上，并且，在上述金屬氧化物粒 子的表面，上述花青系有機(jī)色素以比上述含吲哚滿骨架的色素高的濃度存在。

本發(fā)明人們進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在金屬氧化物多孔質(zhì)層上以多階段擔(dān)載含有花青系有機(jī)色素及含吲哚滿骨架的色素的增感色素，可得到在不使用金屬絡(luò)合物色素的情況下能夠大幅地擴(kuò)大光吸收波長范圍、且具有高的光電轉(zhuǎn)換特性的色素增感太陽能電池，從而完成了本發(fā)明。

圖1是表示本發(fā)明的色素增感太陽能電池的一個例子的模式圖。